Ludewig, Stefan: Ergebnisse der CT- Angiographie bei der Diagnostik von Nierenarterienstenosen

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Kapitel 2. MATERIAL UND METHODEN

2.1 Patienten

Folgende Einschlusskriterien mussten für die Aufnahme in die Studie erfüllt sein:

Diese Voraussetzungen erfüllten im Zeitraum von Februar 1995 bis Februar 1997 insgesamt 23 Patienten. Der Abstand zwischen CTA und Angiographie betrug 2 Stunden bis 65 Tage (Median: 4 Tage). Das Alter der 16 Männer und 7 Frauen lag zwischen 18 und 80 Jahren (Median 56 Jahre). Bei 22 dieser Personen war eine arterielle Hypertonie bekannt, bei zehn konnte mindestens eine, bei sechs konnten sogar zwei weitere, die Prävalenz einer NAST erhöhende Erkrankungen wie eine pAVK, koronare Herzkrankheit, Diabetes mellitus oder eine Niereninsuffizienz eruiert werden. Zehn Patienten hatten sich schon früher einer Angiographie oder einer PTA der Nierenarterien unterzogen. In der Studie enthalten sind auch drei Patienten mit Transplantatnieren, bei denen es zu einer Verschlechterung der Nierenfunktion gekommen war. Vor der invasiven Diagnostik war bei 13 Patienten eine 24-h-Blutdruckmessung, bei neun eine Duplexsonographie und bei vier eine Nierenfunktionsszintigraphie durchgeführt worden.

2.2 Angiographie

Zweiundzwanzig der in dieser Arbeit ausgewerteten Nierenangiographien wurden im Radiologischen Institut der Charité durchgeführt (Abb. 4). Hiervon fanden zwei Untersuchungen im Rahmen einer Koronarangiographie an einem Herzkatheterarbeitsplatz statt. Bei den anderen wurden zumeist nach folgendem Ablaufschema verfahren:

  1. Gabe von 1 Ampulle Buscopan i.v., Lokalanästhesie der Einstichstelle inguinal.
  2. Einbringen einer 5-F-Schleuse in Seldingertechnik nach Punktion einer A. femoralis.
  3. Über diese Vorschieben eines 5-F-Pigtail-Katheters und Übersichtsaortographie (ca. 20ml Kontrastmittel).
  4. Sondierung der Nierenarterien mit einem 5-F-Kobra oder - Sidewinderkatheters und Rückzug bis an das Arterienostium.
  5. Bildserie unter Gabe von ca. 10ml Kontrastmittel

Abbildung 4: Untersuchung an einem Angiographie - Arbeitsplatz


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Anhand der Übersichtsaortographie wurden die optimalen Aufnahmewinkel für die Darstellung der Nierenarterienabgänge festgelegt, welche dann durch Drehung des C- Bogens eingestellt wurden. In einigen Fällen erfolgte keine selektive Darstellung der Nierenarterien, da diese sich zweifelsfrei anhand der Übersichtsaortographie beurteilen ließen. Es liegen keine Hinweise auf Komplikationen der Untersuchungen vor.

2.3 CT- Angiographie

2.3.1 Untersuchung

Alle CT- Angiographien wurden mit dem Philips Tomoscan AV Spiral- CT- Gerät durchgeführt (Philips Medizinsysteme, Best, Niederlande) (Abb. 5). Hierbei handelt es sich um einen CT- Scanner der dritten Generation mit rotierender Röntgenröhre und rotierenden Detektoren, wie in Abbildung 6 verdeutlicht. Die Untersuchungen begannen mit einem Niedrigdosis- Nativ- Scan, welcher dann zur Festlegung des Untersuchungsbereiches der CTA benutzt wurde. In Tabelle 15 sind die verwendeten Parameter der Scans zusammengefasst.

Abbildung 5: Untersuchung am Spiral- CT

Abbildung 6: Prinzip der CT mit rotierender Röntgenröhre und rotierenden Detektoren


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Tabelle 15: Untersuchungsparameter für die Spiral- CT- Angiographie der Nierenarterien in dieser Studie

Scan

Röhren-

spannung (kV)

Röhren-stromstärke (mA)

Schicht- dicke

(mm)

Tisch-vorschub (mm/s)

Rekonstruktionsintervall

(mm)

Nativ

120

50

7

7

7

mit Kontrastmittel

120

150 bis 250

3

3

1

Bei adipösen Patienten wurde eine größere Stromstärke bis zu 250 mA gewählt, um das Bildrauschen zu reduzieren. Schichtdicke, Tischvorschub und Rekonstruktionsintervall waren bei allen Untersuchungen gleich. Die Kontrastmittelapplikation erfolgte immer nach folgendem Schema:

Die Verzögerung des Scans wurde nicht anhand eines Testbolus individuell festgelegt. Die Kontrastmittelmenge lag zwischen 60 und 160 ml (Mittelwert 93 ml) Ultravist 300 (Schering, Berlin, Deutschland), in zwei Fällen Visapaque.

2.3.2 Bilderstellung

Zur weiteren Bearbeitung der axialen Schnittbilder, welche durch den Rechner der Aufnahmekonsole berechnet werden, wurden diese auf eine separate Workstation übertragen. Dort ermöglichte eine kommerziell erhältliche Software (Philips Easy Vision, Release 2.1, Philips Medizin Systeme, Niederlande) in der vorliegenden Version folgende Rekonstruktionen (= Projektionen), welche sämtlich genutzt wurden:

Mit dieser Methode können zweidimensionale Rekonstruktionen der interessierenden Region aus axialer (im Weiteren cMPRa), coronaler (cMPRc) oder sagittaler Sicht erstellt werden. Der Zusatz „Curved“ bezeichnet die von uns stets genutzte Möglichkeit, in den axialen Schnittbildern einen Pfad z.B. in die Nierenarterien einzuzeichnen. Diese meist geschlängelte Linie wird bei der Rekonstruktion in eine Gerade umgewandelt, wodurch eine Begradigung des Gefäßverlaufes in der gewählten Ebene erfolgt, ähnlich dem Anspannen eines Fadens. Somit konnten z.B. auch stark deszendierende Nierenarterien in einem einzigen axialen Schnittbild dargestellt werden. Der Pfad muss möglichst exakt in die Mitte der Arterie gelegt werden. Bei stark gewundenem Gefäßverlauf besteht die Gefahr von Artefakten durch die Begradigung.

Auf diesen Rekonstruktionen wird jeweils nur der Punkt abgebildet, der beim Schnitt durch ein Volumen den maximalen CT- Wert besitzt. Werden nun entsprechend dem Rekonstruktionsintervall viele Schnitte durch ein Volumen gelegt, ergibt sich ein zweidimensionales Projektionsbild der röntgendichtesten Strukturen im Volumen. Dazu zählen bei der CT-Angiographie in erster Linie die kontrastierten Gefäße sowie Knochenanteile. Letztere wurden bei der Bearbeitung unserer Bilder anhand der axialen Schnittbilder regelmäßig entfernt. Mit der Maximum- Intensitäts- Projektion als dreidimensionaler Rekonstruktionsmethode wurden angiographieähnliche Bilder aus beliebigen Blickwinkeln erstellt.

Hierbei handelt es sich ebenfalls um dreidimensionale Rekonstruktionen, bei denen aber der aus Sicht des Betrachters erste Punkt einer Schnittebene dargestellt wird, der einen beliebig gewählten Dichtewert überschreitet (unterer Schwellwert). Alle vom Betrachter aus hinter diesem Punkt gelegenen Pixel, auch solche mit höherer Dichte, bleiben verborgen und können eventuell aus einer anderen Blickrichtung betrachtet werden.

Die Erstellung dieser Rekonstruktionen begannen wir mit dem Entfernen knöcherner Strukturen anhand der axialen Schnittbilder. Hierzu dient auch der zweite Schritt, nämlich dasAbgesenken des oberen Darstellungsschwellwertes, wodurch zum Beispiel Knochenanteile mit sehr hohen Dichtewerten aus der Darstellung eliminiert werden können. Da die Dichtewerte von Knochen und gut kontrastierten Gefäßen eng beieinander liegen, ist diese Möglichkeit nur eingeschränkt nutzbar.

Als dritter Arbeitsschritt wurde eine Markierung (seed point) in das axiale Schnittbild der Aorta gelegt, woraufhin das Programm alle Strukturen aus dem Bild entfernte, die keinen direkten Anschluss an die Aorta hatten.

Generell hing es stark von den gewählten Schwellwerten ab, ob das Programm einen Anschluss erkannte oder nicht. War der untere Schwellwert zu hoch gewählt, brach die Darstellung eines Gefäßes an einer Stenose oft ab. Dann musste erneut beim zweiten Arbeitsschritt begonnen werden, manchmal mehrmals. Dadurch erwies sich diese Rekonstruktion in einigen Fällen als sehr zeitaufwendig.

Die axialen Schnittbilder wurden im Rechner der CT- Konsole erstellt und bedurften keiner umfangreichen Nachbearbeitung. Sie wurden aber auf der Workstation zum Teil bezüglich Bildausschnitt, Helligkeit und Kontrast verändert. Außerdem wurde die Anzahl der ausgedruckten Bilder auf die informativen Abbildungen begrenzt.

Die folgenden Rekonstruktionen wurden für die Befundung jedes Falles erstellt und auf Röntgenfilmen der Größe 35x42cm ausgedruckt:

Alle Filme wurden mit randomisierten Zahlen als einzigem Identifikationsmerkmal versehen, deren Zuordnungsschlüssel nur dem Doktoranden bekannt war. Sämtliche Rekonstruktionen wurden allein vom Doktoranden erstellt. Die Bilderstellung bis zum Ausdruck aller oben genannten Röntgenfilme nahm pro Patient durchschnittlich 50 Minuten in Anspruch, wobei eine Verkürzung der Dauer von 70 auf 30 Minuten im Sinne einer Lernkurve zu verzeichnen war.

2.4 Befunderstellung

Im August 1998 wurden alle Bilder beurteilt. Keiner der Radiologen, welche die Bilder beurteilt haben ( im Weiteren „Befunder“), hat an der Erstellung der endgültigen Bilder mitgewirkt. Die CTA- Bilder wurden von einem erfahrenen Radiologen (Befunder A) beurteilt, die Angiographiebilder von einem weiteren (Befunder B). Keiner der beiden hatte Kenntnis von den Bildern oder Befunden des anderen.

Erste CTA- Befundungssitzung (1.Reading): Es wurden alle Bilder nach Rekonstruktionsart, (nicht nach Patienten) geordnet hinsichtlich einer Nierenarterienstenose beurteilt. Dabei kam folgende Einteilung zur Anwendung:


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Tabelle 16: Einteilung zur Definition des Stenosegrades in dieser Studie

Stenosegrad

Querschnittsminderung

keine

0 %

I

< 50 %

II

51 bis 75 %

III

76 bis 99%

IV

Okklusion

Zusätzlich musste die Lokalisation (Proximales/mittleres/distales Drittel) angegeben werden.Die Bewertung der Sicherheit des Befundes erfolgte anhand einer Skala mit der Gliederung in:

Zweite CTA- Befundungssitzung (2. Reading): Danach fand das zweite Reading statt. Dem Befunder standen dabei jeweils alle Rekonstruktionen eines Falles gleichzeitig zur Beurteilung zur Verfügung. Der Radiologe vermerkte, welche Rekonstruktionen er tatsächlich verwendet hatte, um eine bestmögliche Aussage zu treffen. Auch hierbei wurden Lokalisation der Stenose und Sicherheit des Befundes angegeben.

Bei der Angiographie- Befundungssitzung wurden die Angiographiebilder der 23 Patienten von Befunder B nach derselben Einteilung wie bei der CTA und unter Angabe von Lokalisation und Sicherheit hinsichtlich einer Nierenarterienstenose befundet.

2.5 Auswertung der Befunde

Die so gewonnenen Befunddaten von Angiographie und CT-Angiographie wurden vom Doktoranden erfasst und miteinander verglichen. Dabei wurde der CT- angiographische Stenosegrad jeder Nierenarterie dem angiographischen gegenübergestellt, und zwar sowohl für die Ergebnisse des ersten Readings (nach Projektionen geordnet) als auch für die des zweiten (nach Patienten geordnet). So konnten für jede Projektionsmethode die im Kapitel „Ergebnisse“ abgebildeten Tabellen erstellt werden, welche die Anzahl korrekter und falscher Gradeinschätzungen durch die CTA darlegen.

Die rechnerische Zusammenfassung der Stenosegrade 0 und 1 zur Gruppe „keine relevante Stenose“ und der Stenosegrade 2, 3 und 4 zur Gruppe „relevante Stenose“ (im Weiteren „Zwei- Stufen- Grading“) ermöglichte die Bestimmung von Sensitivität und Spezifität der CTA bezüglich der Unterscheidung dieser beiden Zustände (siehe Abschnitt 2.6).

Für die Analyse der Daten wurden die folgenden Parameter sowohl für die Befundung der einzelnen Projektionen (1. Reading) als auch für die Befundung anhand aller Rekonstruktionen eines Falles (2. Reading) bestimmt und gesondert dargestellt, um den direkten Vergleich der diagnostischen Wertigkeit der einzelnen Projektionen und die Einschätzung der diagnostischen Wertigkeit der CTA insgesamt zu ermöglichen:


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Anhand der axialen Schnittbilder wurden außerdem arterielle und venöse Kontrastierung, also die bei der Untersuchung im proximalen Drittel der Gefäße erreichten CT - Dichtewerte, gemessen. Die Mittelwerte sowie die maximalen und minimalen Werte der Hounsfield- Einheiten (HE) von Aorta, Nierenhauptarterien und Nierenvenen wurden berechnet.

Die Analyse der Daten, insbesondere der diskrepanten Befunde, wurde vom Doktoranden anhand aller Bilder und aller Befunde, die vor und innerhalb der Studie zu dem Patienten erhoben wurden, vorgenommen.

2.6 Statistische Methodik

Zur Beschreibung der Güte einer radiologischen Untersuchung haben sich in erster Linie die Parameter Sensitivität, Spezifität, und daraus abgeleitet positiver und negativer Vorhersagewert etabliert. Zusätzlich eignet sich der kappa- Wert zur Angabe der Übereinstimmung von kategorisierten Meßwerten. Mit Ausnahme der Formeln für Sensitivität und Spezifität wurden alle Formeln und Definitionen den Arbeiten von Fletcher [88], Altma [89] und Richter [95] entnommen.

Für die Berechnung von Sensitivität und Spezifität mussten die gebräuchlichen Formeln aus folgendem Grund verändert werden: entsprechend der Tabelle 17 kann das Ergebnis der CT-Angiographie vier verschiedenen Gruppen zugeordnet werden. Außerdem kann es vorkommen, dass die Untersuchung zu keinem Ergebnis führt, und sowohl stenosierte als auch nicht verengte Arterien im Befund nicht genannt werden. Diese zwei Gruppen sind bei der Berechnung der oben genannten Parameter gesondert zu betrachten und werden im Folgenden mit ( E) und ( F) bezeichnet.

Tabelle 17: Modifizierte Vierfeldertabelle

 

CTA- Befund bezüglich Stenose (oder Stenosegrad)

Positiv

negativ

nicht beurteilt

Angiographie- Befund bezüglich

Stenose

Vorhanden

richtig positiv

( A)

falsch negativ

( B)

( E)

(oder Stenosegrad)

nicht vorhanden

falsch positiv

( C)

richtig negativ

( D)

( F)


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Da bei nicht befundeter, stenosierter Arterie der Test hinsichtlich der klinischen Konsequenzen negativ ausfällt, müssen diese Befunde zu den falsch negativen ( B) gerechnet werden. Die Formel, nach der die Sensitivität in dieser Arbeit berechnet wurde, lautet also

Bei der Berechnung der Spezifität entsteht ein statistisches Problem, da das Übersehen oder Nichtbefunden von Arterien weder negative noch positive Befunde liefert. In dieser Studie wurden drei nicht verengte Arterien nicht befundet. Das ergibt auch bezüglich der klinischen Konsequenzen eigentlich keinen falsch positiven Befund. Da aber die dementsprechend lautende Gleichung

eine höhere Spezifität vortäuscht und statistisch gesehen kein korrekter Test bezüglich der nicht befundeten Gefäße stattgefunden hat, wurde die Gleichung wie folgt geändert:

Dadurch ergibt sich ein etwas niedrigerer Wert. Es wird jedoch eine fälschlicherweise erhöhte Spezifität der Methode vermieden.

Mit dem kappa- Wert wird der Grad der Übereinstimmung zwischen zwei kategorisierten Messwertreihen angegeben [89]. Hierfür sind Korrelationskoeffizienten und der oft gebrauchte x² - Test nicht geeignet. Die Berechnung von kappa basiert auf der Anzahl der übereinstimmenden Befunde, wobei die Möglichkeit, dass ein bestimmter Prozentsatz der Übereinstimmungen auch zufällig bestehen kann, berücksichtigt wird. Die aus unseren Ergebnissen resultierenden kappa- Werte können jedoch nicht mit denen anderer Studien verglichen werden, wenn dort die Patientenzahlen pro Kategorie von denen hier abweichen. Folgende Formeln liegen der Berechnung zugrunde:


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Es bedeuten:

Po beobachtete Häufigkeit

g Anzahl der Kategorien

Pe zu erwartende Häufigkeit

fü Anzahl der Übereinstimmungen für Kategorie i

n Anzahl der Untersuchungen

ri und ci Anzahl der Resultate beider Untersuchungen der Kategorie i

Kappa kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen, die wie in Tabelle 18 angegeben zu interpretieren sind.

Tabelle 18: Aussage des kappa - Wertes

kappa

Übereinstimmung

< 0,20

Ungenügend

0,21 - 0,40

Genügend

0,41 - 0,60

Befriedigend

0,61 - 0,80

Gut

0,81 - 1,00

sehr gut


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